A physically stabilized and locking-free formulation of the (SHB8PS) solid-shell element

Abstract

In this work, the formulation of the SHB8PS finite element is reviewed in order to eliminate some persistent membrane and shear locking phenomena. This is a solid-shell element based on a purely three-dimensional formulation. In fact, the element has eight nodes as well as five integration points, all distributed along the "thickness" direction. Consequently, it can be used for the modeling of thin structures, while providing an accurate description of the various through-thickness phenomena. The reduced integration has been used in order to prevent some locking phenomena and to increase computational efficiency. The spurious zero-energy modes due to the reduced integration are efficiently stabilized, whereas the strain components corresponding to locking modes are eliminated with a projection technique following the Enhanced Assumed Strain (EAS) method.

Dans cette étude, la formulation de l’élément SHB8PS est revisitée dans le but d’éliminer certains blocages persistants en membrane et cisaillement transverse. Rappelons que cet élément est de type coque épaisse obtenue à partir d’une formulation purement tridimensionnelle. Il possède donc huit noeuds et cinq points d’intégration répartis selon la direction de l’épaisseur. Ainsi, il peut être utilisé pour modéliser des structures minces tout en prenant correctement en compte les différents phénomènes à travers l’épaisseur. Afin d’améliorer ses performances de calcul et d’éviter certains blocages, l’intégration réduite a été employée. Les modes de hourglass générés par la sous-intégration sont efficacement stabilisés et les modes de blocages persistants sont éliminés par une technique de projection pouvant se mettre sous le formalisme de la « méthode de déformation postulée ».